CARACTERIZACIÓN DE LOS PERFILES VERTICALES DE CLOROFILA a EN UNA BAHÍA SUBTROPICAL DEL PACIFICO MEXICANO.

Transcripción

1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO INTERDISCIPLINARIO DE CIENCIAS MARINAS CARACTERIZACIÓN DE LOS PERFILES VERTICALES DE CLOROFILA a EN UNA BAHÍA SUBTROPICAL DEL PACIFICO MEXICANO. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN MANEJO DE RECURSOS MARINOS PRESENTA: JOSÉ ÁNGEL HINOJOSA LARIOS LA PAZ, BAJA CALIFORNIA SUR, MÉXICO. ABRIL 2007.

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4 AGRADECIMIENTOS. A la Universidad de de Guadalajara, al Centro Universitario de la Costa Sur y al Departamento de Estudios para el Desarrollo Sustentable de Zonas Costeras. Por las facilidades brindadas para realzar los estudios. Al Programa de Mejoramiento a los Profesores (PROMEP). Al Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas (CICIMAR-IPN) por el apoyo otorgado durante la formación académica y realización del trabajo de tesis a través del Programa Institucional de Formación de Investigadores (PIFI) y la Beca de Postgrado. Al Dr. José Eduardo Valdez Holguín, mi Director de tesis, por su disposición y apoyo incondicional durante todo el proceso de este trabajo. Al Dr. Rafael Cervantes Duarte, Consejero y co-director de tesis, por su disposición y apoyo incondicional durante todo el proceso de este trabajo. A los miembros del comité de tesis formado por los Doctores Sergio Aguíñiga García, Rogelio González Armas, Rafael Cervantes Duarte, José Eduardo Valdez Holguín, Oleg Zaytsev y Evgueni Shumilin por su ayuda, comentarios y críticas hacia este trabajo. Al M en C. Fernando Aguirre Bahena, por su apoyo incondicional, y a su novia Al M en C. Eduardo González, por su amistad y apoyo con el programa de MatLab. A todos los maestros del CICIMAR, por dedicar su tiempo en muestra formación. Al C. Humberto Ceseña Amador, por su amistad y apoyo en las cuestiones admistrativas. A las familias del Dr. Cervantes, Dr. Valdez, Tere Barriga, Dr. Magallanes, A todos los miembros del Laboratorio de Química Marina por su amistad y apoyo para la realización de este trabajo. A todos los compañeros de mi generación, que no los menciono por evitar omitir alguno, pero sabemos quienes somos. Y a todas aquellas personas que me brindaron su amistad y apoyo e hicieron más placentera muestra estancia en la Paz, evito mencionarla a cada una de ellas para evitar omitir alguna. iv

5 DEDICATORIA. A mis padres: Sr. Javier Hinojosa Coronel (f), que aun que no esta entre nosotros, estará siempre conmigo. Sra. Ramona Larios Rangel, por sus enseñanzas y su apoyo en todo momento. A mi familia, Con un gran cariño y amor a ti IRENE por su amor, su comprensión y gran a poyo incondicional. A mis hijos Cynthia Viridiana y José Ángel, que llegaron a llenar de luz y fuerza mi vida y son todo para mi. A mis hermanos y familias: Francisco Javier, Mayerin Graciela, Minerva Afrodita Y Héctor Manuel A mis Suegros: Ambrosio Medina Padilla y Ramona Cárdenas, por haberme dado la oportunidad de convivir con su familia. A mis cuñadas y familias: Petra, Mary, Chayo y Martha. v

6 LISTA DE FIGURAS. PAGINA. Fig. 1 Localización del área de estudio, Bahía de la Paz, Baja California Sur, México... 6 Fig. 2 Posición de las estaciones de muestreo para cada crucero, a) enero, b) abril, c) Julio y d) noviembre Fig. 3 Velocidad y dirección de los vientos en la estación meteorológica del CIBNOR, para la Bahía de La Paz, de enero a diciembre de Fig. 4 Comportamiento del parámetro de estratificación ( ) y la temperatura superficial durante los cruceros ( ) Fig. 5 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, para enero de Fig. 6 Distribución espacial de temperatura en las aguas superficial, en la Bahía de la Paz, durante abril de Fig. 7 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, en julio de Fig. 8 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, en noviembre de Fig. 9 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, para el mes de enero de Fig. 10 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, para el mes de abril de Fig. 11 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, en julio de Fig. 12 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, en noviembre de Fig. 13 Distribución vertical de la temperatura y la salinidad en la columna de agua en la Bahía de la Paz, en enero de Fig. 14 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa una capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en enero de Fig. 15 Distribución vertical de temperatura y la salinidad en la columna de agua, en la Bahía de la Paz, en abril de Fig. 16 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en abril de Fig. 17 Distribución vertical de la temperatura y la salinidad en la columna de agua en la Bahía de la Paz, en julio de Fig. 18 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa una capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en julio de vi

7 Fig. 19 Distribución vertical de temperatura y la salinidad de la columna de agua en la Bahía de la Paz, en noviembre de Fig. 20 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa una capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en noviembre de Fig. 21 Distribución espacial de la concentración de los nitritos mas nitratos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, para el mes de enero de Fig. 22 Distribución espacial de la suma de los nitratos mas nitratos, en la capa superficial de las aguas de Bahía de La Paz, en abril de Fig. 23 Distribución espacial de la concentración de los nitritos mas nitratos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 24 Distribución espacial de la concentración de los nitritos mas nitratos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en noviembre Fig. 25 Distribución vertical de las concentraciones de los nitritos mas nitratos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en el mes de enero de Fig. 26 Distribución vertical de las concentraciones de la suma de los nitritos mas nitratos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 27 Distribución vertical de las concentraciones de los nitritos mas nitratos en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 28 Distribución vertical de las concentraciones de los nitritos mas nitratos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 29 Distribución espacial de la concentración de los fosfatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, para el mes de enero de Fig. 30 Distribución espacial de la concentración de los fosfatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 31 Distribución espacial de la concentración de los fosfatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 32 Distribución espacial de la concentración de los fosfatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 33 Distribución vertical de las concentraciones de los fosfatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en enero de Fig. 34 Distribución vertical de las concentraciones de los fosfatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 35 Distribución vertical de las concentraciones de los fosfatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 36 Distribución vertical de las concentraciones de los fosfatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en noviembre de enero de vii

8 Fig. 37 Distribución espacial de la concentración de los silicatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, para el mes de enero de Fig. 38 Distribución espacial de la concentración de los silicatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 39 Distribución espacial de la concentración de los silicatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 40 Distribución espacial de la concentración de los silicatos, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 41 Distribución vertical de las concentraciones de los silicatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en enero de Fig. 42 Distribución vertical de las concentraciones de los silicatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 43 Distribución vertical de las concentraciones de los silicatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 44 Distribución vertical de las concentraciones de los silicatos, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 45 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, para el mes de enero de Fig. 46 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en abril de Fig. 47 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 48 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a, en las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 49 Distribución vertical de las concentraciones de clorofila a, en la columna de agua, en cada estación de la Bahía de La Paz, en enero de Fig. 50 Distribución vertical de las concentraciones de clorofila a, en la columna de agua, en cada estación de la Bahía de La Paz, en abril Fig. 51 Distribución vertical de las concentraciones de clorofila a, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en julio de Fig. 52 Distribución vertical de las concentraciones de clorofila a, en la columna de agua, en las estaciones de la Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 53 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a integrada en la columna de agua Bahía de La Paz, en enero de Fig. 54 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a integrada en la columna de agua Bahía de La Paz, en abril de Fig. 55 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a integrada en la columna de agua Bahía de La Paz, en julio de Fig. 56 Distribución espacial de las concentraciones de clorofila a integrada en la columna de agua Bahía de La Paz, en noviembre de Fig. 57 Perfil estimado y ajustado para los valores del perfilador (PNF), en la Bahía de la Paz, durante el crucero de enero de viii

9 Fig. 58 Perfil estimado y ajustado para los valores del perfilador (PNF), en la Bahía de la Paz, en abril de Fig. 59 Perfil estimado y ajustado para los valores del perfilador (PNF), en la Bahía de la Paz, en julio de Fig. 60 Perfil estimado y ajustado para los valores del perfilador (PNF), en la Bahía de la Paz, durante el crucero de noviembre de ix

10 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Intensidad de los viento datos de la estación meteorológica del CIBNOR Tabla 2. Valores de los parámetros del modelo gaussiano obtenidos para los valores registrados por el perfilador de fluorescencia natural (PNF 300), en enero de Tabla 3 Valores de los parámetros del modelo gaussiano obtenidos para los valores registrados por el perfilador de fluorescencia natural (PNF 300), en abril de Tabla 4. Valores de los parámetros del modelo gaussiano obtenidos para los valores registrados por el perfilador de fluorescencia natural (PNF 300), en julio de Tabla 5. Valores de los parámetros del modelo gaussiano obtenidos para los valores registrados por el perfilador de fluorescencia natural (PNF 300), en noviembre de x

11 LISTA DE ANEXOS Anexo I. Tabla de los datos utilizados para el cálculo de clorofila a partir de la fluorescencia y la gráfica de los estadísticos utilizados, en enero de Anexo II. Tabla de los datos utilizados para el cálculo de clorofila a partir de la fluorescencia y la gráfica de los estadísticos utilizados, en abril de Anexo III. Tabla de los datos utilizados para el cálculo de clorofila a partir de la fluorescencia y la gráfica de los estadísticos utilizados, en julio de Anexo IV. Tabla de los datos utilizados para el cálculo de clorofila a partir de la fluorescencia y la gráfica de los estadísticos utilizados, en noviembre de Anexo V. Velocidad y dirección de los vientos durante los días de crucero en el mes de enero de Anexo VI. Velocidad y dirección de los vientos durante los días de crucero en el mes de abril de Anexo VII. Velocidad y dirección de los vientos durante los días de crucero de julio de Anexo VIII. Velocidad y dirección de los vientos durante los días de crucero de noviembre de Anexo IX. Diagrama T-S, donde se presentaron las diferentes masas de agua en la Bahía de la Paz, durante el Anexo X. Tabla de comparaciones de los parámetros obtenidos de la aplicación del modelo Gaussiano para los datos obtenidos del perfilador de fluorescencia natural (PNF-300), durante el Anexo XI. Tabla de comparaciones de los parámetros obtenidos de la aplicación del modelo Gaussiano para los datos de los perfiles de clorofila a discretos en la columna de agua, durante el Anexo XII. Red de Estaciones para el crucero de enero de Anexo XIII. Red de Estaciones para el crucero de abril de Anexo XIV. Red de Estaciones para el crucero de julio de Anexo XV. Red de Estaciones para el crucero de noviembre de xi

12 RESUMEN Con el propósito de determinar las características oceanográficas que influyen en la formación de la estructura vertical de clorofila a (Cla) y su variabilidad en la Bahía de La Paz, se realizaron cruceros en los meses de enero, abril, julio y noviembre durante el año Para caracterizar los perfiles de Cla se efectuaron sondeos verticales de fluorescencia natural (PNF-300 Biospherical Instr.) los cuales fueron calibrados con muestras discretas de Cla extraídas con acetona al 90%. Asimismo se obtuvieron perfiles de temperatura, salinidad y densidad con un CTD y se tomaron muestras discretas en la columna de agua a 0, 2.3 y 4.6 profundidades ópticas, e intermedias, para determinar Cla y nutrientes (NO - - 2, NO 3 3-, PO 4 y SiO 4-4 ). La Bahía de la Paz presentó una distribución superficial de temperatura en un rango de 20.0 C en enero a 29.8 C en julio, con condiciones intermedias en abril y noviembre. La distribución vertical de la temperatura en la bahía nos muestra claramente la influencia de los cambios estaciónales durante el año. De acuerdo con los diagramas T-S las masas de agua presentes en la bahía son: Agua del Golfo de California (AGC) y Agua Superficial Subtropical (ASsSt), durante los cuatro cruceros, notándose ligera presencia del Agua Superficial Ecuatorial (ASE) durante los cruceros de julio y noviembre. Las concentraciones de Cla superficial para enero fueron 0.67 mg m -3 a 2.17 mg m -3, para abril de 0.59 mg m -3 a 1.33 mg m -3, para el julio de 0.13 mg m -3 a 0.45 mg m -3 para el noviembre presentó valores que oscilan entre 0.30 mg m -3 y 0.67 mg m -3. Los perfiles del modelo Gaussiano presentaron máximos sub-superficiales para los meses de enero y abril, notándose cambios en los máximos más profundos para los meses de julio y noviembre. La profundidad promedio del máximo de clorofila estimada por el modelo y clorofila integrada de 0-70m fueron de 12 m y 52 mg m -2 para el mes enero, 14 m y 63 mg m -2 en abril, 25 m y 43 mg m -2 en julio y 36 m y 39 mg m -2 para el mes de noviembre. La formación del máximo sub-superficial de clorofila fue una característica común de las aguas de la Bahía de La Paz durante el 2002, sin embargo quedan por investigar los procesos que determinan su forma y magnitud. xii

13 ABSTRACT In order to determine the oceanographic characteristics that influence the formation of the vertical chlorophyll a structure a (Cla) and the variability of the primary production in the Bay of La Paz, cruises were made in the months of January, April, July and November during year In order to characterize the profiles of Cla vertical soundings of natural fluorescence were determined (PNF- 300 Biospherical Instr.) which was calibrated with extracted discreet samples of Cla with acetone to 90%. Also profiles of temperature, salinity were obtained and density with a CTD and discreet samples in the column were taken from water to 0, 2.3 and 4.6 depths optical, and intermediate, to determine Cla and nutrients (NO - 2, NO - 3, PO -3 4 and SiO -4 4 ). The Bay of La Paz showed a superficial distribution of temperature in a 20.0 C rank in January to 29.8 C in July, with intermediate conditions in April and November. The vertical distribution of the temperature in the bay shows clearly the influence to us of the season s changes during the year. In agreement with diagrams T-S the present masses of water in the bay: Water of the Gulf of California (GCW) and Subtropical Superficial Water (StSW), during the four cruises, noticing slight presence of the Equatorial Superficial Water (ESW) during the July cruises and November. The superficial Cla concentrations for winter 0,67 mg m -3 to 2,17 mg m -3, for spring of 0,59 mg m -3 to 1,33 mg m -3, for the summer of 0,13 mg m -3 to 0,45 mg m -3 and for the autumn registered values that oscillate between 0,30 mg m -3 and 0,67 mg m -3. The profiles of the Gaussian model showed sub-superficial maximums for the months of January and April, noticing a change in maximum but deep for the months of July and the November. The depth average of the maximum of chlorophyll considered by the model and the chlorophyll integrated values were 12 m and 52 mg m -2 for January, 14 m and 63 mg m -2 in April; 25 m and 43 mg m -2 in July and 36 m and 39 mg m -2 for November. The subsurface maximum of chlorophyll formation is a distinctive characteristic of Bay of La Paz waters during 2002, however still for determining processes that give shape and magnitude to the profile. xiii

14 ÍNDICE Lista de figuras Lista de tablas. Lista de anexos.. Resumen... Abstract... Página ii vi vii viii ix 1. INTRODUCCION Marco teórico Antecedentes 3 2. HIPÓTESIS OBJETIVOS Metas ÁREA DE ESTUDIO MATERIAL Y METODOS 5.1. Trabajo de campo Trabajo de laboratorio Trabajo de gabinete RESULTADOS 6.1. Vientos Índice de estratificación Temperatura y Salinidad Distribución espacio-temporal de la temperatura Distribución espacio-temporal de la salinidad Distribución vertical de la temperatura y salinidad Nutrientes Distribución espacio-temporal de nitritos mas nitratos Distribución vertical de nitritos mas nitratos Distribución espacio-temporal de los fosfatos Distribución vertical de los fosfatos Distribución espacio-temporal de los silicatos Distribución vertical de los silicatos xiv

15 6.5. Clorofila a Distribución espacio-temporal de la clorofila a Distribución vertical de la clorofila a Distribución de la clorofila integrada Aplicación del modelo Gaussiano DISCUSION CONCLUSIONES LITERATURA CITADA. 84 ANEXOS 89 xv

16 1. INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO. Las plantas microscópicas que flotan a la deriva en el océano son llamadas fitoplancton, y son distribuidas por las corrientes oceánicas (Millero, 1996). Como todos los organismos vegetales fotosintéticos, el fitoplancton contiene clorofila a, por lo que la estimación de este pigmento es utilizado como un indicador de la biomasa fitoplanctónica. La generación de esta biomasa está determinada por los procesos fisiológicos del fitoplancton, la tasa fotosintética o productividad primaria (Weihuapt, 1984), y por las condiciones ambientales. Se ha establecido a través de varios estudios, que la variabilidad espaciotemporal de la productividad primaria en los océanos (tanto horizontal como vertical en la columna de agua) depende de las condiciones ambientales a las cuales están sujetas las poblaciones fitoplanctónicas. Los factores de primer orden que determinan la productividad primaria del fitoplancton son la irradiancia (luz) y la clorofila; y los factores de segundo orden la temperatura y la concentración de nutrientes (Platt et al., 1991). Cullen (1990) concluyó que los nutrientes afectan la productividad primaria a través de una influencia directa sobre la concentración de clorofila a. Estas variables ambientales son modificadas por procesos de estratificación, mezcla, turbidez, mareas, vientos, entre otros, generando una gran variabilidad en la biomasa y productividad del fitoplancton sobre todo en regiones costeras (Coté y Platt, 1983; Gaxiola-Castro y Álvarez- Borrego, 1984; Riley y Chester, 1989; Lara-Lara et al, 1993; Millán-Núñez et al, 1997; Bustillos-Guzmán, 1995; Falkowski y Raven, 1997). En la zona eufótica, debido a los movimientos verticales de la columna de agua, el fitoplancton es transportado hacía zonas profundas donde la irradiancia disminuye y los nutrientes aumentan. El papel que juegan estos movimientos turbulentos son de gran importancia en la dinámica del fitoplancton, en sus escalas espaciales y temporales cortas (Marra, 1978). Más aún, la respuesta misma del fitoplancton a un ambiente tan variable no está completamente entendido, sobre todo, si se pretende determinar el papel del fitoplancton en la distribución de los recursos pesqueros, en los grandes ciclos biogeoquímicos y en el cambio climático global. El océano, además de su capacidad para almacenar y distribuir calor, desempeña un papel importante como regulador del clima global. Debido a la 1

17 actividad fotosintética de los productores primarios representa un gran captador de dióxido de carbono atmosférico. El limitante más fuerte para hacer las estimaciones de productividad global es la disponibilidad de información. El desarrollo de tecnología de percepción remota ha permitido a la comunidad científica realizar estimaciones de producción primaria a partir de la observación sinóptica de la superficie del océano (Lluch-Cota, et al, 2000). Este tipo de herramientas permite caracterizar grandes áreas con una alta resolución espacial. La información proporcionada por los sensores remotos (concentración de clorofila, entre otras) corresponde en promedio a un pequeña parte de la superficie del océano, una profundidad óptica. Si consideramos que la zona eufótica tiene 4.6 profundidades ópticas entonces sólo estamos haciendo un muestreo del 22% de esa zona productiva (Kirk, 1983), permaneciendo sin considerar el resto de la columna de agua. El conocer y caracterizar la forma típica del perfil de clorofila en la zona eufótica en cada región oceánica y por época del año, es un elemento necesario para estimar su contribución total. Suponer una columna de agua con una distribución vertical homogénea de clorofila, implica que podemos subestimar la biomasa si existe un máximo profundo, y sobrestimar si existe un máximo superficial. Estos máximos de clorofila dependen de las características de la columna de agua que está en función de la dinámica de cada región en particular (Cullen y Eppley, 1981; Hayward et al., 1995; Varela, et al., 1992) y de la fisiología del fitoplancton. Para estimar la productividad primaria en la columna de agua, mediante la información derivada de sensores remotos, es necesario determinar el campo de luz, el perfil de biomasa fitoplanctónica en la columna de agua (perfil de clorofila) y los parámetros fotosintéticos en que se basará el modelo a utilizar. Existen modelos muy refinados para estimar el campo de luz bajo el agua, en función de la latitud y fecha. Sin embargo, las formas típicas del perfil de clorofila y los parámetros fotosintéticos están pobremente documentados. Un enfoque para describir el perfil de clorofila está basado en una curva Gaussiana con una base uniforme de concentración de clorofila (Platt et al. 1988). Los parámetros que definen la curva pueden ser relacionados con variables fácilmente estimadas (temperatura) para establecer sus valores limites. Millán-Núñez et al (1997) proponen una serie de ecuaciones para estimar los parámetros de la curva Gaussiana propuesta por Platt et al., 1988, para describir la forma del perfil de 2

18 clorofila en el Pacifico Mexicano. Hidalgo-González y Álvarez-Borrego (2000) proponen las formas típicas de estos perfiles para el Golfo de California. En este trabajo la mayor parte de la información esta referida a la región central y norte, con escasos datos en la región sur. Cervantes-Duarte et al (1993) proponen un perfil promedio de clorofila para el golfo, durante invierno y Valdez-Holguín et al (1995) lo estiman para condiciones de primavera. Estos perfiles promedios están basados en el modelo de Morel y Berthon (1989). Para la Bahía de La Paz, sólo existen algunas estimaciones de la concentración de clorofila con el fin de describir su variabilidad, (Martínez López et al, 2001; Reyes Salinas et al, 2003, Cervantes-Duarte et al., 2003; 2004; Verdugo-Díaz, 2004). En este trabajo se pretende establecer la variabilidad estacional de la clorofila en la zona eufórica de la bahía, determinar las características oceanográficas que influyen en la formación de la estructura vertical de clorofila, con la finalidad de entender los procesos productivos que dan lugar a los flujos de material particulado en este ecosistema ANTECEDENTES Aunque se ha reconocido que La Bahía de La Paz es un área muy productiva, por la gran diversidad de organismos y sus actividades pesqueras, no hay suficiente información que permita establecer la magnitud y variabilidad de los productores primarios. Los estudios hasta ahora desarrollados no han establecido en su totalidad la variabilidad de la producción primaria del fitoplancton en la columna de agua y la cobertura espacio-temporal (Verdugo-Díaz., 2004; Cervantes-Duarte et al., 2005). Luch-Cota y Arias-Aréchiga (2000) hacen una regionalización del Golfo de California y sitúan a la Bahía de La Paz dentro de la región sur del golfo. Esta región esta influenciada por los procesos oceanográficos que prevalecen en el Pacífico Oriental Tropical. Los valores de clorofila estimados por sensores remotos para esta región sur alcanzan su máximo (0.56 mg m -3 ) en invierno, y el valor mínimo es inferior a 0.2 mg m -3 durante verano, con un fuerte cambio entre estas épocas (Arias-Aréchiga, 1998). Para la Bahía de la Paz, los valores superficiales de clorofila y su variabilidad son similares a los reportados por Martínez-López et al. (2001). En ambos lugares el patrón de variación parece estar asociado a los procesos de mezcla (invierno) y estratificación (verano) de la 3

19 columna de agua, sin embargo, estos valores son superficiales y se desconoce la variabilidad en los perfiles de la clorofila a. Con el fin de aportar información necesaria para estimar la productividad primaria del fitoplancton en la Bahía de La Paz, mediante imágenes de satélite, en este estudio se busca describir la forma típica de los perfiles de clorofila a y establecer su variabilidad en la Bahía de La Paz, mediante muestreos estaciónales. 2. HIPÓTESIS: En verano la fuerte estratificación, provocada por la irradiación solar, promueve la formación de un máximo profundo de clorofila. En invierno, los procesos de mezcla por convección y/o vientos, mezclan la columna de agua y dan como resultado la formación de un máximo de clorofila superficial o sub-superficial. 3. OBJETIVO: Con base en la información oceanográfica generada se describe y discute el patrón de variación estacional de la clorofila a y la forma de los perfiles en la zona eufótica de la Bahía de La Paz METAS: 1. Conocer la variabilidad estacional de la clorofila a en la columna de agua de la Bahía de la Paz. 2. Determinar las masas de agua en la bahía durante los muestreos del año Conocer la disponibilidad de nutrientes. 4. Estimar la estratificación de la columna de agua y su efecto en la distribución de clorofila a en la Bahía de la Paz 4

20 4. ÁREA DE ESTUDIO: La Bahía de La Paz es un cuerpo de agua protegido ubicado en el litoral occidental del Golfo de California, entre los 24 o 06 y 24 o 47 de latitud norte y 110 o 18 y 110 o 45 longitud oeste (Fig. 1). Cubre aproximadamente 2,635 km 2 y está limitada al norte por la isla San José, al sur por la Ensenada de la Paz y la barra de arena conocida como El Mogote y al oriente por las islas Espíritu Santo y La Partida. Tiene una forma ovalada, su eje mayor orientado NO-SE mide aproximadamente 81 km y su eje menor aproximadamente 33 Km. La profundidad máxima es de 400 m localizada en la depresión Alfonso. La zona norte de la bahía es la más profunda, llega hasta 400 m, en la parte media la profundidad varía entre 180 y 270 m y la parte sur es menor a 90 m (Cruz-Orozco et al, 1989; Cruz-Orozco et al, 1996; García-Pámanes, 1981). La masa continental que delimita la Bahía de La Paz presenta un clima BW(h )hw(x ) que corresponden a climas muy secos y semicálidos, con un promedio anual de lluvias de 187 mm, con una evaporación promedio anual de 215 mm y la humedad relativa anual varia entre el 62% y 70% (INEGI, 1994 citado en Cruz-Ayala, 1996). Durante el invierno los vientos son predominantes del noroeste, con velocidades medias de 2 a 3 m s -1, con rachas de 10 m s -1 denominadas Collas. En verano, los vientos tienen un componente sur, con intensidades medias 2 a 3 m s -1 (Robles-Gil Mestre, 1998). La bahía presenta un régimen de mareas de tipo mixto semidiurno. Las velocidades de marea máximas son: 70 cm/s para la laguna Ensenada de La Paz, 25 cm/s para el canal San Lorenzo y 30 cm/s en la parte norte de Isla Partida (Obeso-Nieblas y Jiménez Illescas 1989; Obeso-Nieblas et al., 1993). La temperatura mínima superficial en la bahía es de 20º C en invierno-primavera y máxima de 31º C en verano (Espinoza y Rodríguez, 1987). El intercambio de agua entre la bahía y el Golfo de California se lleva a cabo a través de la boca principal, el canal de San José y el Canal de San Lorenzo. Se ha reportado advección de Agua Superficial Ecuatorial durante verano (Signoret y Santoyo, 1980) y la presencia de giros ciclónicos en invierno y primavera (Jiménez-Illescas, 1996). 5

21 24.9 N 24.8 N Punta Cabeza de Mechudo 24.7 N Canal Principal 24.6 N Isla Partida 24.5 N Isla Espiritú Santo 24.4 N San Juan de la Costa Bahía de la Paz Canal San Lorenzo 24.3 N Puerto Pichilingue 24.2 N La Paz 24.1 N W W W W W W W Fig. 1 Localización del área de estudio, Bahía de la Paz, Baja California Sur, México. 6

22 5. MATERIAL Y METODOS: 5.1. Trabajo de campo: Se realizaron cuatro cruceros en la Bahía de La Paz, a bordo de la embarcación BIP II del CIB-NOR, en los meses de enero (17 al 19), abril (16 al 18), julio (28 al 30) y noviembre (4 al 5) de Se estableció una red de muestreo para el mes de enero de 25 estaciones, en abril y julio de 20 estaciones y para el mes de noviembre de 16 estaciones (Fig. 2, Anexo XII al XV). De acuerdo al plan del crucero, se realizaron las siguientes actividades a bordo de la embarcación: Ubicación geográfica de las estaciones mediante el GPS del sistema de navegación del barco BIP II. Perfil de temperatura, salinidad y densidad con un CTD Inter Ocean S4 Estimación de la profundidad del disco de Secchi. Durante el día solar, de las 9:00 a las 16:00 hrs, se realizaron perfiles verticales de fluorescencia natural con un perfilador de fluorescencia natural (PNF 300, Biospherical Instruments). En cada una de las estaciones se tomaron muestras en la columna de agua mediante una hidrocala de seis botellas Niskin de 5 litros, tomando tres muestras discretas en las profundidades ópticas de 100, 10, y 1% de la luz incidente en la superficie y tres profundidades por abajo de la zona eufótica. Para la determinación de: pigmentos se filtraron a bordo alrededor de un litro de muestra en filtros GF/F de 25 mm de diámetro y del agua filtrada se tomaron muestras para la determinación de nutrientes inorgánicos (NO 3, NO 2, SiO -4 4 y PO -3 4 ). Los filtros para pigmentos se preservaron en nitrógeno líquido y las muestras de nutrientes en congelación a -4 C, hasta su análisis. Los registros de los datos del viento para la Bahía de La Paz, se obtuvieron de la estación meteorológica del CIBNOR, los cuales se procesaron con el programa de Matlab, calculando un promedio diario. 7

23 E 5 E 4 E 6 E 3 E 9 E 2 E 8 E 7 E 10 E 1 E 11 E 12 E 17 E 13 E 16 E 15 E 18 E 14 E 19 E 20 E 24 E 21 E 23 E 22 E 25 ENERO E 5 E E 6 E 3 E 9 E 2 E E 7 E 10 E 1 E 11 E 12 E 13 E E 18 E E 20 E 21 E 23 E ABRIL a) b) W W W W W W W W W W W W W W JULIO NOVIEMBRE E1 E 2 E 6 E 3 E 9 E 4 E 8 E 7 E 13 E 12 E 11 E 10 E 18 E E 1 E 2 E 6 E 3 E 9 E 4 E 8 E 12 E 11 E 10 E 18 E E E 15 E E 14 E 15 E E 14 E 19 E 20 E 2O c) d) W W W W W W W W W W W W W W Fig. 2 Posición de las estaciones de muestreo para cada crucero, a) enero, b) abril, c) Julio y d) noviembre. 8

24 5.2. Trabajo de Laboratorio: En el laboratorio, los pigmentos se extrajeron con acetona al 90% por 24 horas y se determino su absorbancia del extracto obtenido, en un espectrofotómetro Milton Roy Spectronic 1201, en las siguientes longitudes de onda 730, 665, 645 y 630 nm, empleando celdas de 5 cm. Para los cálculos de la concentración del pigmento se aplicó la siguiente la ecuación (1): mg del pigmento m -3 = C * v/l * V (1) donde: v Volumen del extracto en mililitros; l Longitud de la celda en centímetros: V Volumen de muestra filtrado en litros; C = Valor obtenido a partir de la ecuación (2), de Jeffrey y Humphrey (1975), después de corregir por el testigo y la turbidez. Con una precisión de ± 0.01 mg. C (Chl a) = A A A 630 (2) La determinación de nitratos se realizó por el método de Morris & Riley (1963), con una precisión de ± 0.5 μm. Los nitritos se determinaron por el método de Bendschneider & Robinson (1952), con una precisión de ± 0.02 μm. Los fosfatos fueron analizados por el método de Murphy & Riley (1962), con una precisión de ± 0.3 μm. Los silicatos fueron determinados por el método de Mullin & Riley (1955), con una precisión de ± 0.25 μm. Estos métodos están descritos en el Manual de prácticas de agua de mar (Strickland & Parsons 1972). Las densidades ópticas fueron medidas en un espectrofotómetro Milton Roy Spectronic 1201, utilizando celdas de cuarzo de un centímetro para nitratos y silicatos, y de diez centímetros para nitritos y fosfatos. 9

25 5.3. Trabajo de gabinete. La información obtenida del CTD fue procesada con el software suministrado por la compañía fabricante. Obteniendo datos a cada metro de profundidad de temperatura, salinidad y densidad. La información obtenida por el PNF fue procesada con el software suministrado por la compañía. Obteniendo datos cada metro de profundidad de la fluorescencia. A partir de los datos del CTD se determinó la estructura vertical de la temperatura y salinidad hasta una profundidad de 100 metros. Se estimó el índice de estratificación propuesto por Simpson y Hunter (1974) ecuación (3), el cual se define como la cantidad de energía mecánica que se requiere para mezclar totalmente la columna de agua. Los valores asignados en este índice son cero o cercano a cero cuando la columna esta bien mezclada y se va incrementándose con el aumento de la estratificación. El índice se define como: donde: φ 0 g (3) φ = ( ρ ρ) zdz h Zh es la Cantidad de energía mecánica requerida para mezclar la columna de agua (J m -3 ). ρ Densidad del agua (kg m -3 ). ρ Promedio de la densidad en la columna de agua (kg m -3 ). z Coordenada vertical (metros). Zh Profundidad de la columna de agua (metros), g Aceleración debida a la gravedad (m/s 2 ). 10

26 Para estimar la clorofila mediante fluorescencia natural se utilizaron las ecuaciones (4 y 5) propuestas por Kiefer et al. (1989) y Chamberlain et al. (1990). Fc = K cf F K f φ c φ + cf max f E 0 (4) Donde: Fc productividad primaria (nmol C m -3 s -1 ); K cf es el valor de la irradiancia en el cual la razón entre las eficiencias cuánticas es igual a la mitad del máximo (μe m -2 s -1 ); F f es la tasa de fluorescencia natural (moles cuanta m -3 s -1 ); y se define como: F = π ( K a )Lu 4 (5) f + Ff Donde: 4π es una constante geométrica, utilizada para transformar la radiancia a volumen de emisión (str -1 ); K es el coeficiente de atenuación de luz difusa para E 0 (m -1 ); a Ff es el coeficiente de absorción en la banda espectral de emisión de la fluorescencia (m -1 ); Lu es la radiancia ascendente (moles cuanta m -2 s -1 str -1 ); (φ c /φ f )max esta definido como el valor máximo de la razón entre las eficiencias cuánticas (átomos de carbono por fotón); E 0 es la irradiancia escalar fotosintéticamente disponible (PAR; nm) (moles cuanta m -2 s -1 ). Para calcular la clorofila a partir de la fluorescencia, se realizaron las regresiones lineales para cada crucero, para obtener los datos de la ecuación de 11

27 la recta para la transformar la fluorescencia obtenida por el PNF a concentraciones de clorofila, utilizando las concentraciones de la clorofila discreta y los valores estimados de la fluorescencia. (Ver Anexo I, II, III y IV). Los perfiles de fluorescencia se utilizaron para comparar los parámetros que caracterizan el perfil por zonas y estaciones del año, utilizando el modelo de Platt et al. (1988). Utilizando el programa Matlab, se realizó la programación de varias rutinas para obtener los valores de los parámetro de la curva, al mismo tiempo se le aplicó un cálculo no lineal para obtener el ajuste de los datos en la curva y para graficar los perfiles obtenidos de su aplicación para los valores discretos en la columna de agua y los valores calculados a partir del PNF. Descripción del modelo: B ( z) h 1 Bo + exp σ 2π 2 σ 2 ( Z Zm) = 2 donde: B(z) = concentración del máximo de clorofila a la profundidad z (mg m -3 ); Bo = concentración de pigmento en la línea base (mg m -3 ); h = total de pigmento sobre la línea base en mg m -2, σ = grosor de la profundidad del máximo de clorofila Zm = profundidad del máximo en metros. Los parámetros obtenidos de cada crucero se arreglaron en matrices y a cada una de las variables se les calculan algunos estadísticos como media, desviación estándar, valores límite, correlaciones simples y el coeficiente de determinación. 12

28 6. RESULTADOS Vientos: Durante el mes de enero, los vientos predominantes fueron del Noroeste con intensidad de 2.50 m/s, presentando rachas de 5 m/s, con intensidades mínimas registradas de 1.60 m/s, como se observa en la figura 3, para el mes de abril los vientos predominantes fueron del sureste, con intensidades de 1.86 m/s, con rachas de 3.30 m/s, y la mínima registrada de 1.70 m/s, para el mes de julio se puede observar como los vientos predominantes son del sur-sureste con una intensidad de 2.88 m/s, con rachas registradas de 4.35 m/s y la intensidad mínima registrada de 1.97 m/s, y para el mes de noviembre los registros de los vientos predominantes fueron del noroeste, presentando una intensidad de 2.14 m/s, presentando intensidades máximas de 2.97 m/s, con una mínima intensidad registrada de 1.27 m/s (Fig. 3, Tabla 1). Tabla 1. Intensidad de los viento datos de la estación meteorológica del CIBNOR. Meses del año Velocidad Velocidad máxima Velocidad mínima 2002 Promedio m/s m/s m/s Enero Abril Julio Noviembre En los meses de muestreo de enero y noviembre los vientos dominantes fueron del noreste, mientras que para los meses abril y julio los vientos presentan una dirección del sur suroeste y del sur (Fig. 3). 13

29 3 2 Velocidad del viento m/s Jan Mar May Jul Sep Nov Jan Fig. 3 Velocidad y dirección de los vientos en la estación meteorológica del CIBNOR, para la Bahía de La Paz, de enero a diciembre de

30 6.2. Índice de estratificación. El parámetro de estratificación presenta valores bajos para los muestreos de los meses de enero y abril, estos valores indican que la columna de agua en los primeros 100 metros se encuentra mezclada. Para el mes de julio la columna de agua presenta una mayor estratificación y para el mes de noviembre presenta valores altos. En la figura 4 se observa como la temperatura superficial se incrementa entre 6 y 7 grados centígrados del mes de enero a noviembre y observando nuevamente un decremento para el mes de febrero del siguiente año. Los valores del parámetro están relacionados directamente con el flujo estacional de calor a las capas superficiales de la Bahía de la Paz J m o C Ene-02 Abr-02 Jul-02 Nov-02 Feb Periodo de las observaciones Fig. 4 Comportamiento del parámetro de estratificación ( ) y la temperatura superficial durante los cruceros ( ). 15

31 6.3. Temperatura y salinidad Distribución espacio- temporal de la temperatura. Los registros de la temperatura del agua superficial en la Bahía de La Paz durante el crucero del mes de enero de 2002 (condiciones de invierno), presentaron una temperatura promedio superficial de 21º C con un valor máximo de 21.4º C en la zona de San Juan de la Costa y un mínimo de 20º C en la parte central del Canal Principal ( 24.9 N Temperatura C 24.8 N 24.7 N 24.6 N 24.5 N 24.4 N 24.3 N 24.2 N Punta Cabeza de Mechudo 20.9 San Juan de la Costa Canal Principal Isla Partida Isla Espiritú Santo Canal San Lorenzo Puerto Pichilingue N La Paz W W W W W W W Fig. 5). 16

32 Fig. 5 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, para enero de Los registros de la temperatura del agua superficial en la Bahía de La Paz durante las observaciones de abril de 2002 (condiciones de primavera), presentaron una temperatura promedio de 21.35º C con un valor máximo de 22.00º C en la zona de la Cuenca Alfonso y un mínimo de 20.06º C, en la zona de San Juan de la Costa (Fig. 6) N Temperatura C 24.8 N 24.7 N Punta Cabeza de Mechudo Canal Principal

33 Fig. 6 Distribución espacial de temperatura en las aguas superficial, en la Bahía de la Paz, durante abril de La distribución espacial de temperatura de las aguas superficiales de la Bahía de La Paz, en julio de 2002, (condiciones de verano), presentó una temperatura promedio de 28.0º C con un registro máximo de 29.80º C en la parte central de la Bahía y un mínimo de 27.23º C, en la zona de San Juan de la Costa (Fig. 7) N Temperatura C N 24.7 N Punta Cabeza de Mechudo Canal Principal

34 Fig. 7 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, en julio de Los registros de la temperatura superficial en la Bahía de La Paz en noviembre de 2002 (condiciones de otoño), presentaron una distribución espacial, con una temperatura promedio de 27.08º C, con un registro máximo de 27.54º C en la zona central de la bahía y un mínimo de 26.73º C, en la zona del Canal Principal (Fig. 8) N Temperatura C 24.8 N 24.7 N Punta Cabeza de Mechudo Canal Principal

35 Fig. 8 Distribución espacial de la temperatura del agua superficial de la Bahía de la Paz, en noviembre de Distribución espacio-temporal de la salinidad. La salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, de enero del 2002, presentó un valor promedio de ups, registrándose una máxima de y una mínima de ups, durante este crucero la salinidad presenta un cambio de 0.22 ups en la Bahía (Fig. 9) N Salinidad ups 24.8 N Punta Cabeza de Mechudo N Canal Principal

36 Fig. 9 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, para el mes de enero de La distribución espacial de la salinidad en las aguas superficiales de la Bahía de la Paz, durante las observaciones del mes de abril de 2002, presentó un valor promedio de ups, registrándose un valor máximo de ups en la parte central de la Bahía (E 10) y una mínima de ups hacia la zona de la Lobera (E 02), durante este crucero la salinidad presenta una variación superficial de 0.17 ups en la bahía (Fig. 10) N 24.8 N Punta Cabeza de Mechudo Salinidad ups 24.7 N Canal Principal

37 Fig. 10 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, para el mes de abril de La distribución espacial de la salinidad en las aguas superficiales de la bahía, en julio de 2002, presentó un valor promedio de ups, registrándose una máxima de y una mínima de ups, durante este crucero la salinidad presenta variaciones superficiales de 0.18 ups en la Bahía (Fig. 11) N Salinidad ups 24.8 N Punta Cabeza de Mechudo N 24.6 N Canal Principal Isla Partida

38 Fig. 11 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, en julio de La distribución espacial de la salinidad en las aguas superficiales de la bahía, durante el crucero de este mes presentaron un valor promedio de ups, registrándose una máxima salinidad de ups, en la zona de San Juan de la Costa y una mínima de ups, en la zona sur de la bahía, durante este crucero la salinidad presenta una variación superficial de 0.22 ups en la bahía (Fig. 12) N 24.8 N Punta Cabeza de Mechudo Salinidad ups 24.7 N Canal Principal N Isla

39 150 Fig. 12 Distribución espacial de salinidad del agua superficial de la Bahía de la Paz, en noviembre de Distribución vertical de la temperatura y salinidad. Los perfiles verticales de la temperatura del agua, en enero de 2002, se observó una capa de mezcla alrededor de los 70 metros, donde se presentó una variación de aproximadamente de 2.83 C (Fig. 14). La salinidad presenta una variación vertical de 0.70 ups, registrando valores de en la superficie y de ups en el fondo, los perfiles de la salinidad presentaron un variación en la columna de agua (Fig. 13). 50 Temperatura C

40 Fig. 13 Distribución vertical de la temperatura y la salinidad en la columna de agua en la Bahía de la Paz, en enero de Temperatura C rofundidad m

41 Fig. 14 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa una capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en enero de La distribución vertical de la temperatura en la columna de agua para abril de 2002, presenta una termoclina aproximadamente a los 20 metros con una variación de 1.6 C, presentando un ligero decremento en su capa de mezcla con respecto a la que se presentó en el mes de enero, presentando registros de temperatura de 9.83 C a los 370 metros de profundidad (Fig. 16). La variación vertical la salinidad fue de 0.70 ups. Presento valores de salinidad de ups en la superficie y de por debajo de los 300 metros (Fig. 15). 0 Temperatura C m 150

42 Fig. 15 Distribución vertical de temperatura y la salinidad en la columna de agua, en la Bahía de la Paz, en abril de Temperatura C Profundidad m

43 Fig. 16 Distribución vertical de la temperatura y salinidad en la capa de 100 metros, de la columna de agua, de la Bahía de la Paz, en abril de La distribución vertical de la temperatura en la columna de agua, en la Bahía de La Paz, no evidenció una termoclina definida, presentando una estratificación desde la capa superficial, con temperaturas registradas en la capa superficial de 28 C y temperaturas de 10.6 C a aguas profundas alrededor de los 350 metros (Fig. 18). Los registros de la salinidad en la columna de agua, presentaron perfiles verticales, con una variación de 0.70 ups, registrando valores de ups en la superficie y de ups en el fondo (Fig. 17). Temperatura C

44 Fig. 17 Distribución vertical de la temperatura y la salinidad en la columna de agua en la Bahía de la Paz, en julio de Temperatura C Profundidad m